Spektralverteilung

Als Frequenzspektrum (auch Spektralverteilung) bezeichnet man die Gesamtheit der Frequenzen, die von einem schwingenden System erzeugt werden bzw. in einem Signal enthalten sind.

Spektrum eines UMTS FDD Trägers

Intermodulationsprodukte einer Zwei-Tonanregung.

Messen des Frequenzspektrums

Das Frequenzspektrum eines Systems kann mit einem Spektrumanalysator oder Signalanalysator gemessen werden. Das Spektrum wird dann z. B. mit Hilfe der Fourieranalyse (siehe auch Fouriertransformation) oder auch mit der Wavelet-Transformation aus dem Zeitsignal bestimmt.
Als Ergebnis dieser Transformation erhält man die Amplituden der jeweiligen Frequenzanteile A(f) als Funktion der Frequenz f und im Falle zeitlich veränderlicher Amplitudenverteilungen eine Verteilung A(f,t) als Funktion der Frequenz f und der Zeit t.

Charakteristische Spektren

Abhängig von der Anzahl und der Harmonik der enthaltenen Frequenzen ergibt das Spektrum eines (eindimensionalen) Audiosignals einen Klang (Harmonisch), ein Klanggemisch (wenige unharmonische Frequenzen), ein Geräusch (unharmonisch) oder ein Rauschen (alle Frequenzen, statistisch auftretend).

Periodische Signale haben in der Regel ein Linienspektrum, während nichtperiodische Signale, wie z. B. Impulse, ein kontinuierliches Frequenzspektrum haben.

Frequenzspektrum einer Dreieckspannung. Grundfrequenz 220 Hz.

Beispiele

• Eine reine Sinusschwingung hat als Frequenzspektrum nur die eine Linie ihrer Frequenz.
• Ein Rechtecksignal der Frequenz f hat ein Linienspektrum mit den Frequenzen f, 3·f, 5·f ...
• Mit einem Impulsgenerator kann man lückenlos alle Oberwellen bis zu extrem hohen Frequenzen erzeugen.
• Ein Ton auf einem Musikinstrument erklingt immer zusammen mit seinen Oberschwingungen. Die Menge aller klingenden Frequenzen ist das Frequenzspektrum dieses Tones.
• Ein amplitudenmodulierter Radio-Sender (z. B. auf Mittelwelle), der Sprache und Musik bis 8 kHz auf 1 MHz überträgt, besitzt ein Frequenzspektrum von 0,992 bis 1,008 MHz.
• Sendet das System elektromagnetische Strahlung aus, so spricht man vom elektromagnetischen Spektrum.

Weitere Bedeutungen

Im erweiterten Sinne bezeichnet Frequenzspektrum einfach eine Auflistung von Frequenzen, die im Bezug auf eine bestimmte Betrachtungsweise zusammen gesehen werden müssen, z. B. das Frequenzspektrum der Radio- und Fernseh-Kanäle; siehe Frequenzband.

Siehe auch

• Kippschwingung

Literatur

• Curt Rint: Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Techniker, Band 2. 13. Auflage, Hüthing und Pflaum Verlag GmbH, Heidelberg 1981, ISBN 3-7785-0699-4
• Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Fachkunde Radio-, Fernseh-, und Funkelektronik. 3. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7
• Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4
• Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage, Carl Hanser Verlag, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40198-9